(57)【要約】  回転子表面（２ａ）を備える回転子（２）と、回転子表面から延在するピストン（５）と、固定子（４）と、回転シャッタ（３）と、を備え、回転子表面及び固定子は環状チャンバを一緒に規定し、ピストンは環状チャンバを通って回転するように配置され、チャンバを軸方向断面で見るとき、実質的に固定子の単一の表面がチャンバ（１００）を部分的に規定する、ロータリピストン及びシリンダ装置（１）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子表面を備える回転子と、
前記回転子表面から延在するピストンと、
固定子と、
回転シャッタと、を備え、
前記回転子表面及び前記固定子は環状チャンバを一緒に規定し、前記ピストンは、前記環状チャンバを通って回転するように配置され、
前記チャンバを軸方向断面で見るとき、実質的に前記固定子の単一の表面が前記チャンバを部分的に規定する、ロータリピストン及びシリンダ装置。
【請求項２】
前記チャンバ規定固定子表面が、前記チャンバを規定する前記固定子の主要表面である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記固定子表面が、軸方向断面で見ると実質的に直線状である、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記固定子表面が実質的に円筒形である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記固定子表面が前記チャンバ規定回転子表面の半径方向外側にある、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記回転子表面が実質的にディアブロ形状／構成のものである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記回転子表面が、前記回転子表面の中間領域を通って延在する平面に関して実質的に対称であり、その平面は、前記回転子の回転軸に対して垂直である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記回転子表面が傾けられ、その結果、前記回転子表面の向きは、前記回転子の回転軸に対して垂直な平面から斜めにオフセットされていると考えることができる、請求項１、２、３又は５に記載の装置。
【請求項９】
前記回転子表面が、軸方向断面で見ると概してフレア状の輪郭であり、前記回転子表面が第１回転子表面端部領域と第２回転子表面端部領域との間に延在し、前記第１回転子表面端部領域は、前記回転子の回転軸に沿って前記第２回転子表面端部領域に対して間隔をあけられ、前記回転子表面端部領域の一方は、他方の端部領域よりも大きな半径方向範囲を有し、又は前記端部領域のそれぞれは実質的に同じ半径方向範囲を有し得る、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記回転子表面及び前記回転子表面が、第１回転子表面端部領域と第２回転子表面端部領域との間に延在し、前記第１回転子表面端部領域は、前記回転子の回転軸に沿って前記第２回転子表面端部領域に対して間隔をあけられ、又は前記端部領域のそれぞれは実質的に同じ半径方向範囲を有し得、及び両方の端部領域は、軸方向断面で見ると概ねフレア状の輪郭である、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記回転子表面に、前記環状チャンバと前記チャンバの外側の空間との間の流体の連通を可能にする１つ又は複数のポートが設けられる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記１つ又は複数のポートが、前記作動チャンバを部分的に規定する前記回転子表面の後面の開口部まで貫通して延在する開口部を備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記後面が、概ね前記回転軸に沿った方向において前記回転子表面から離間される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ポートが前記作動チャンバと連通し、前記回転子表面から軸方向に離間された前記回転子の面の一部から出る、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記ポートが、前記回転子表面を介して前記環状チャンバに出入りする作動流体を提供するように配置される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記チャンバが、前記回転軸を含む平面による断面で見るとき、２つの主要表面、すなわち、前記固定子の前記単一表面と前記回転子の表面とによって実質的に規定される、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してロータリピストン及びシリンダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリピストン及びシリンダ装置は、様々な形態をとることができ、内燃機関、又は過給機若しくは流体ポンプなどの圧縮機、又は蒸気機関若しくはタービン交換などの膨張機、又は別の形態の容積式装置としてなど、多数の用途に使用することができる。
【０００３】
ロータリピストン及びシリンダ装置は回転子及び固定子を含むと考えることができ、固定子は、少なくとも部分的に環状チャンバ又はシリンダ空間を規定し、回転子はリング又は環状（断面が凹状）の表面の形態であり得、回転子は、回転子から環状シリンダ空間内に延在する少なくとも１つのピストンを含み、使用時に少なくとも１つのピストンは、固定子に対する回転子の回転時に環状シリンダ空間を通って周方向に移動し、回転子は固定子に対してシールされ、装置はシリンダ空間シャッタをさらに備え、シリンダ空間シャッタは、シャッタが回転可能に取り付けられていることなどにより、シャッタが環状シリンダ空間を仕切る閉位置まで、及びシャッタが少なくとも１つのピストンの通過を許容する開位置まで、固定子に対して移動可能であり、シリンダ空間シャッタはシャッタディスクの形態であり得る。
【０００４】
我々はロータリピストン及びシリンダ装置の新規構成を考案した。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の第１態様によれば、ロータリピストン及びシリンダ装置であって、
回転子表面を備える回転子と、
回転子表面から延在するピストンと、
固定子と、
回転シャッタと、を備え、
回転子表面及び固定子は環状チャンバを一緒に規定し、ピストンは、環状チャンバを通って回転するように配置され、
チャンバを軸方向断面で見るとき、好ましくは実質的に固定子の単一の表面がチャンバを部分的に規定し得る、ロータリピストン及びシリンダ装置が提供される。
【０００６】
軸方向断面は、回転子の回転軸に沿った断面であり得る。
【０００７】
（単一の）チャンバ規定表面は、言及し易くするために固定子表面と称され、好ましくはチャンバを規定する固定子の主要表面である。
【０００８】
固定子表面は、軸方向断面で見ると実質的に直線状であり得る。
【０００９】
固定子表面は実質的に円筒形であり得る。
【００１０】
固定子表面は実質的に円錐台状であり得る。「実質的に円筒形」及び「実質的に円錐台状」によって、我々は、表面に設けられた１つ又は複数のポートの存在を認め、いずれの場合においても、称される形状特徴は連続的である必要も未破壊である必要もない。
【００１１】
固定子表面は、チャンバ規定回転子表面の半径方向外側にあり得る。固定子表面は、回転子表面の周囲に延在すると考えられてもよい。
【００１２】
あるいは固定子表面はチャンバ規定回転子表面の半径方向内側にあり得る。この場合、固定子表面は回転子表面内に包含されていると考えられてもよい。
【００１３】
回転子表面は実質的にディアブロ形状／構成のものであり得る。
【００１４】
回転子表面は回転子表面の中間領域を通って延在する平面に関して実質的に対称であり得、その平面は垂直であり、回転子の回転軸の１０分の１を納める。
【００１５】
回転子表面の中間領域は、回転子表面の（軸方向）遠位端部分又は領域の間の実質的に等距離のところに位置し得、回転子表面は、好ましくは回転子の回転軸に対して、その（軸方向）中間に規定される。
【００１６】
あるいは、回転子表面は傾斜を付けられてもよく、その結果、回転子表面の向きは垂直平面から斜めにオフセットされているとみなされてもよい。回転子表面は、垂直平面と、回転軸を含むそれに直交する第２面との角度的に中間の対向斜め配向を呈してもよい。
【００１７】
より一般的には、回転子表面は、回転軸に垂直な平面に対して、又は回転子の回転軸に対して傾斜して向けられてもよい。
【００１８】
配向角度は、軸方向断面で見たときに、回転子の端部／遠位部分を接続する線を基準にして定めることができる。
【００１９】
装置は回転シャフトを備えていてもよく、回転子は、それに取り付けられてもよく、又はそれと一体であってもよく、シャフトの周りに広がってもよい。
【００２０】
シャフトは、回転子の少なくとも１つの軸方向端部から延在することができる。シャフトは、それぞれが回転子のそれぞれの軸方向端部から離れて延在する２つのシャフト部分を含み得る。シャフトは、回転子を通って延在するように配置された単一の構成要素を含み得る。回転子は、それを通して回転シャフトが配置され得る中央開口部を含み得る。シャフトは、チャンバの（少なくとも）一方の側から離れて延在すると考えられてもよい。
【００２１】
シャフトは、装置への回転入力及び／又は装置からの回転出力を提供することができる。
【００２２】
回転軸受が、環状チャンバから軸方向に間隔を置いて設けられてもよい。少なくとも２つの回転軸受が、環状チャンバから軸方向に間隔を置いて、及び互いに間隔を置いて設けられてもよい。チャンバの軸方向範囲内に少なくとも１つの軸受を設けることもできる。回転軸受は、環状チャンバが軸受の中間にあるように、回転子の回転軸に対して配置することができる。軸受は、各側に軸受を有する回転子を通るシャフトがあるように配置されてもよく、あるいは片側にのみ軸受を有して配置されてもよく、又は軸受がチャンバ下にあるか又はチャンバ内の軸方向にある状態で配置されてもよい。
【００２３】
回転子表面は、好ましくは軸方向断面で見たときに、概してフレア状の輪郭であってもよい。回転子表面（これは部分的に作動チャンバを規定する）は第１回転子表面端部領域と第２回転子表面端部領域との間に延在してもよく、第１回転子表面端部領域は、回転子の回転軸に沿って第２回転子表面端部領域に対して間隔をあけられ、回転子表面端部領域の一方は、他方の端部領域よりも大きい半径方向範囲を有し、又は端部領域のそれぞれは実質的に同じ半径方向範囲を有することができる。端部領域のそれぞれは、回転軸に関して、回転子表面の遠位領域又は最端領域に配置されてもよい。
【００２４】
回転子表面は、連続的、滑らか、及び湾曲状のうちの少なくとも１つであり得る。
【００２５】
回転子表面は、環状チャンバとチャンバの外部の空間との間の流体の連通を可能にする１つ又は複数のポートを備えることができる。
【００２６】
１つ又は複数のポートは、部分的に作動チャンバを規定する回転子表面の後面の開口部まで貫通する開口部を含むことができる。後面は、概して回転軸に沿った方向に、回転子表面から離間していてもよい。
【００２７】
作動チャンバと連通するポートが、回転子表面から軸方向に離間された回転子の面の一部から出ることができる。
【００２８】
これは、回転子表面を通って環状チャンバに出入りする作動流体を供給するものと見なすことができる。
【００２９】
回転子の回転軸はシャッタの回転軸と実質的に直交し得る。回転軸はシャッタの回転軸に対して非直交の角度であり得る。
【００３０】
固定子は、回転子及びシャッタを実質的に収容するか又は包含するか又は包み込む構造を含み得る。固定子は、一緒に接続されたときに集合的に少なくとも部分的に又は実質的に回転子及びシャッタを取り囲む、２つ以上の部品又はサブアセンブリを含み得る。
【００３１】
環状チャンバは環状又は円形の作動シリンダ又は空間と称されてもよい。
【００３２】
「ピストン」という用語は、本明細書において、その最も広範な意味で、文脈が認めれば、シリンダ壁に対して移動可能な仕切りを含むように用いられ、そのような仕切りは、一般に相対移動の方向にかなりの厚さを有するものである必要はなく、ブレード又はベーンの形態とすることができる。ピストンは使用時に回転子の回転軸の周りを回転するように配置されてもよい。ピストンは回転子との相対移動が最小であるか又はないように好ましくは固定される。
【００３３】
理論上、シャッタは、往復可能であることができるが、特に高速が必要とされる場合には、往復部材の使用を回避することが好ましく、シャッタは、好ましくは少なくとも１つの回転シャッタディスクを備え、回転シャッタディスクは、シャッタの開状態において、少なくとも１つのピストンがシャッタディスク（の開口部）を通過することを許容するために、環状シリンダ空間の周方向又は円状に延在する空間と実質的に整列した状態に位置決めされるように配置される少なくとも１つの開口部を設けられる。
【００３４】
シャッタはシリンダ空間の実質的に半径方向に延在する仕切りを提示してもよい。
【００３５】
シャッタの少なくとも１つの開口部は、シャッタの実質的に半径方向に、及びシャッタに対して設けられてもよい。
【００３６】
好ましくは、回転子の回転軸は、シャッタの回転軸に対して非平行である。
【００３７】
好ましくは、ピストンは、開口部が環状シリンダ空間を通るときに、妨げられることなく、移動するシャッタの開口部を通過するような形状にされる。ピストンは、ピストンが開口部を通るときにシールが形成されるように、ピストンとシャッタの開口部との間に最小限の隙間があるような形状にされてもよい。
【００３８】
シールは、ピストンの先行表面又は後続表面又は縁部領域に設けることができる。
【００３９】
「シール」という用語は、対向する表面間の密な間隔による意図的な流体の漏出経路の許容を含み、必ずしも流体密な構造を形成しないように、本文書全体を通して、その最も広範な意味で使用される。この範囲内で、シールは、近接して延在する表面又は近接して延在する線又は近接して延在する領域によって達成され得る。シールは、そこを通る流体の伝達を最小化又は制限する対向する表面間のシールギャップによって提供することができる。異なる表面に対応するシールギャップは、異なる組立て及び動作上の要求により、それらのそれぞれの対向する部分に対して異なる隙間を有し得る。
【００４０】
圧縮機の場合、シールは、ピストンの先行表面に設けられてもよく、膨張器の場合、シールは後続表面に設けられてもよい。
【００４１】
回転子は、回転子本体及び固定子を相対的に位置決めするために、ピストンとシリンダ壁との間の協働に依拠するよりも、固定子によって好ましくは回転可能に支持される。ロータリピストン及びシリンダ装置が、ピストンが比較的高い摩擦力を生じる好適なピストンリング又はピストンの領域によってシリンダと同軸に維持される従来の往復ピストン装置とは異なることが認識されるであろう。
【００４２】
回転子とシャッタディスクの円周面との間のシールは、流体の伝達を最小限に抑えるように配置された、それらの間のシールギャップによって提供されてもよい。
【００４３】
回転子は、固定子によって担持される適切な軸受手段によって回転可能に支持されてもよい。
【００４４】
好ましくは、固定子は、１つ又は複数の入口ポートと１つ又は複数の出口ポートとを含み得る１つ又は複数のポートを備える。
【００４５】
ポートの少なくとも１つは、シャッタに実質的に隣接し得る。
【００４６】
好ましくは、シャッタディスクの角速度に対する回転子の角速度の比は１：１であるが、他の比が可能である。
【００４７】
回転子は、断面が凹状又は湾曲し、部分的に固定子と共に環状チャンバを規定する円形表面を備え得る。部分的にシリンダ空間を規定する回転子の表面は皿状又はボウル状の形状又は構成であり得る。
【００４８】
シャッタは、シリンダ空間の（たった）１つの領域また位置においてシリンダ空間を通って延在するか又はシリンダ空間と交差するように配置することができる。
【００４９】
装置及び装置のいずれかの特徴部は、個々に又は組み合わせて、以下の記載中に記載され及び／又は図面中に示される１つ又は複数の構造的又は機能的特性を備えてもよい。
【００５０】
ここで本発明の様々な実施形態を以下の図面を参照して単なる例として記載する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】ロータリピストン及びシリンダ装置の軸方向断面である。
【図２】図１のロータリピストン及びシリンダ装置の斜視図である。
【図３】図１の装置の回転子の斜視図である。
【図３ａ】図３の回転子の斜視図である。
【図４】図１に示されるものの変形実施形態の断面斜視図である。
【図５】ロータリピストン及びシリンダ装置のさらなる変形実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
回転子２、固定子４、及びシャッタディスク３を備えるロータリピストン及びシリンダ装置１を示す図を参照する。固定子は、回転子に対して維持されるハウジング又はケーシングなどの構造を備え、回転子の表面２ａに面する固定子の内側表面は、全体的に１００で示される環状の空間又は作動チャンバを一緒に規定する。固定子４は２つ以上の部品を含んでもよく、それらは一緒になってそれらの間の回転子及びシャッタを実質的に取り囲む。
【００５３】
回転子と一体であり、表面２ａから延在するピストン５が設けられている。シャッタディスク３に設けられたスロット又は開口部３ａは、それを通ってピストンが通過することを可能にするような大きさ及び形状である。シャッタディスク３の回転は、シャッタのタイミングが適切なトランスミッションによって回転子と同期した状態に維持されることを保証するように配置される。
【００５４】
トランスミッションアセンブリは、示されていないが、回転式に接続し、シャッタの回転を回転子に同期させることができる。トランスミッションアセンブリは、複数の歯付きギア又は別のトランスミッションタイプを含み得る。シャッタディスク３はシャフト部分７によって回転式に取り付けられる。
【００５５】
装置の使用時には、シャッタディスクの円周面３０が回転子の表面２ａと対向してそれらの間にシールを形成し、それによりシャッタディスクが環状シリンダ空間内で仕切りとして機能的に働くことを可能にする。
【００５６】
回転子の内側（すなわち、チャンバに面し部分的にチャンバを規定する）表面２ａの形状は、回転するシャッタディスクの円周面３０の一部によって規定される。
【００５７】
回転子及び固定子は、以下でさらに詳しく記載するように、作動流体用の１つ又は複数の入口ポート及び１つ又は複数の出口ポートを備える環状シリンダ空間を提供するように構成される。
【００５８】
回転子２は、シャフト９の遠位端部分の中間に配置される。装置１がどのように使用されるかに依存して、その動作用途の観点から、シャフトは回転入力又は出力を提供するために使用されてもよい。
【００５９】
明らかなように、ピストン５は比較的広い寸法であるので、ピストンが開口部を通過することを可能にするために、シャッタ３の開口部３ａはそれに応じて比例しなければならない。開口部３ａの境界はピストンとシャッタディスクとの間の相対運動を考慮に入れるために適切に構成／輪郭付けされなければならないことは認識され、そして図面においてある程度明らかである。
【００６０】
回転子２には、表面２ａから反対側の表面、すなわち回転子の外側表面と呼ぶことができる表面まで延在する複数のポート１０が設けられている。以下でさらに記載されるように、これは流体が装置の環状又は作動チャンバへ又は装置の環状又は作動チャンバから移動されることを都合よく可能にする。これは例えば圧縮流体であり得る。
【００６１】
固定子４に従属する、この例ではスピゴットとして記載することができる構造１５が設けられている。この特徴部は、装置からの作動流体用の出口ポートなどのポートを提供する。構造１５は、開口部１６ａを有する通路１６を含み、通路１６の反対側の端部には開口部１６ｂが設けられている。回転子のポート１０は、固定子の開口部１６ｂと周期的に一致するように配置されている。図１の図はポート１６ｂと整列したポート１０を示していることが理解されるであろう。
【００６２】
これは、回転子２が回転してポート１０が開口部１６ｂと整列すると、通路１６が開かれて流体が環状チャンバ１００に流入及び／又は流出できることを意味する。
【００６３】
装置１の組立中又は製造中に、固定子の構成部品は、締結具によって又は他の何らかの方法によって互いに強固に取り付けることができる。
【００６４】
チャンバ１００はまた、内側（すなわちチャンバに面する）表面４ａによって規定されている。ポート１４（図２に示す）の存在を除けば、表面４ａは実質的に円筒形である。これは、チャンバの（軸方向）断面図に見られるように、表面４ａがチャンバに対して単一の主要な直線状の境界を示すことを意味する。本質的に、チャンバ１００（回転子の回転軸を含む平面の断面で考えたとき）は、２つの主要な表面／側面（すなわち、回転子表面２ａ及び固定子表面４ａ）によって実質的に規定され、両面チャンバと呼ばれ得るものである。
【００６５】
回転子表面２ａは、実質的に凹状の断面のものであり、全体として考えると、ディアブロの表面を呈すると見なすことができる。
【００６６】
軸受２０によって回転可能に取り付けられているシャフト９は、軸Ａ−Ａを中心に回転するように配置されている。
【００６７】
ポート１４は作動流体のための入口を提供することができる。装置１が圧縮機として使用される場合、適切な動力源又は駆動源をシャフト９に又はシャッタのシャフト７に又はトランスミッションの別の部分に取り付けることができる。
【００６８】
回転子２の表面２ａは、回転子の回転軸に関して実質的に対称であると記載することができる。これは、回転子表面２ａの中点２４を通って延在し、回転軸Ａ−Ａに対して垂直である平面Ｙ−Ｙを参照するとよりよく理解することができる。この平面に関して、回転子表面は実質的に対称である。別の言い方をすれば、回転子表面２ａの全体的な向き／方向は回転軸Ａ−Ａに対して実質的に垂直に向けられる。
【００６９】
図４において、装置１の変形バージョン４０が示されており、そこでは、延長シャフト９’に２つの軸受２０が設けられ、本質的にその両方はチャンバ１００の一方の側に配置されている。通路１６’の配置は、固定子４に沿って延在する。このような配置は、そうでない場合よりも大きい通路１６’の断面を可能にすることができる。それというのも、全てのシャフト及び軸受がチャンバの反対側に向かって配置されているからである。
【００７０】
図５を参照すると、さらなる実施形態５０が示されており、この実施形態では、進められた破線で概略的に示されているように、回転子表面が回転子２の回転軸に対して傾斜して向けられている。これは、チャンバを部分的に規定する固定子の単一の主要表面１０４ａが実質的に円錐台形の形状であるという要件をもたらす。回転子の表面１０２ａは、チャンバを固定子４の表面１０４ａと共に規定する。
【００７１】
ここで、装置５０の外向きの傾斜した向きのいくつかの幾何学的特徴について論じる。図５は、装置５０の回転子２の幾何学的特徴を示す働きをする。回転子表面１０２ａは、回転軸Ａ−Ａに対して傾斜して向けられていると記載することができる。
【００７２】
回転子表面１０２ａの傾斜した外向きの向きは、本質的に回転子表面１０２ａの遠位端領域の間に延在する表面１０２ａをＡ−Ａの回転軸に向かって外挿することによって記載することができる。そしてその線は、特定の傾斜角ｘで軸Ａ−Ａを横切るように延在することができる。
【図１】
2019529771.tif 000003
【図２】
2019529771.tif 000004
【図３】
2019529771.tif 000005
【図３ａ】
2019529771.tif 000006
【図４】
2019529771.tif 000007
【図５】
2019529771.tif 000008
【国際調査報告】
2019529771.tif 000009
2019529771.tif 000010
2019529771.tif 000011